Скорость распыления различных мишеней при различных условиях

Скорость распыления различных мишеней при различных условиях

(На основе применения низковакуумной магнетронной распылительной установки SD-900M)

В области современного материаловедения и поверхностной инженерии технология магнетронного распыления стала незаменимым технологическим методом из-за ее превосходной производительности при осаждении тонких пленок. Технология распыления широко используется в полупроводниковой, оптической, запоминающей и декоративной областях покрытий. Как ключевая переменная, влияющая на качество, однородность толщины и производительность пленки, скорость распыления зависит от многих факторов, включая тип мишени, степень вакуума, давление рабочего газа, источник питания, напряженность магнитного поля и т. д. Глубокое понимание влияния этих факторов на скорость распыления имеет большое значение для оптимизации параметров процесса и улучшения качества пленки.

В данной статье будет рассмотрена скорость распыления различных мишеней в различных условиях в сочетании с практическим применением низковакуумной магнетронной распылительной установки модели SD-900M компании VPI (Vision Precision Instruments) в качестве справочной информации для исследователей и инженеров.

1. Влияние типа мишени на скорость распыления

1. Физические и химические свойства мишени

Скорость распыления мишени в основном зависит от ее физических и химических свойств, а ключевыми факторами являются:

- Атомная масса: элементы с большим атомным весом имеют больший атомный импульс и с большей вероятностью будут выбиты частицами с более высокой энергией во время распыления.

- Энергия связи: чем ниже поверхностная энергия связи материала, тем легче атому покинуть поверхность и тем выше скорость распыления.

- Поверхностная плотность атомов: Высокая поверхностная плотность атомов означает, что больше атомов доступно для распыления, тем самым увеличивая скорость распыления.

Например: Медь (Cu) имеет атомный вес 63,55 а.е.м. и энергию связи около 3,5 эВ, тогда как углерод (C) имеет атомный вес 12,01 а.е.м. и энергию связи около 7,4 эВ. Следовательно: при тех же условиях скорость распыления меди намного выше, чем углерода.

2 Чистота и микроструктура целевого материала

- Чистота: Высокочистая мишень может обеспечить более стабильную среду распыления. Наличие примесей может привести к образованию неоднородной плазмы во время распыления, что влияет на скорость распыления и качество пленки.

- Кристаллическая структура: Кристаллическая структура монокристаллической, поликристаллической или аморфной мишени может влиять на направленность и распределение энергии распыляемых атомов, что, в свою очередь, влияет на скорость распыления.

3. Сплавы и композитные мишени

Для сплавов или композитных мишеней скорость распыления также зависит от выхода распыления каждого составного элемента. Различный выход распыления различных элементов может привести к сегрегации компонентов, которую необходимо отрегулировать в параметрах процесса.

Во-вторых, влияние условий распыления на скорость распыления

1. Вакуум и давление рабочего газа

- Степень вакуума: среда высокого вакуума способствует снижению влияния примесного газа и обеспечению чистоты процесса распыления.

- Рабочее давление газа: обычно используют инертный газ, такой как аргон. Давление газа влияет на плотность и распределение энергии плазмы. Правильное давление помогает сформировать стабильную плазму и увеличить скорость распыления.

2. Питание и напряжение

- Мощность: Увеличение мощности источника питания может увеличить плотность и энергию плазмы, а также усилить эффект распыления.

- Напряжение: высокое напряжение помогает ускорить электроны и ионы, повысить энергию бомбардировки мишени и, таким образом, повысить скорость распыления.

3. Напряженность и конфигурация магнитного поля

- Сила магнитного поля: Магнитные поля используются для связывания электронов и улучшения плотности плазмы. Соответствующая сила магнитного поля может улучшить эффективность распыления.

- Конфигурация магнитного поля: Различные конфигурации магнитного поля (например, плоская, цилиндрическая) будут влиять на распределение магнитного поля, что, в свою очередь, повлияет на площадь и скорость распыления.

4. Расстояние до целевого основания и температура подложки

- Расстояние до основания мишени: Расстояние между мишенью и подложкой будет влиять на вероятность и энергию распыленных атомов, достигающих подложки.

- Температура подложки: Температура подложки влияет на характер роста и качество кристаллизации пленки, косвенно влияя на эффективное использование скорости распыления.